Simulación de una explosión nuclear en Valencia, Venezuela: análisis biofísico y médico

Rossana Bosco Bruno, Oscar Malpica Albert y Antonio Eblen-Zajjur

Rossana Bosco Bruno. Médico Cirujano, Universidad de Carabobo (UC), Venezuela. Profesora, UC, Venezuela. e-mail: rbosco@uc.edu.ve

Oscar Malpica Albert. Doctor en Ciencias Médicas, UC, Venezuela. Profesor UC, Venezuela. e-mail: omalpica@uc.edu.ve

Antonio Eblen-Zajjur. Doctor en Ciencias Médicas, UC, Venezuela. Profesor, UC, Venezuela. Dirección: Laboratorio de Biofísica Médica, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad de Carabobo. Apartado 3798, El Trigal, Valencia, Venezuela. e-mail: aeblen@uc.edu.ve

Dado el interés actual por los efectos de una detonación nuclear (DN) sobre la población, se aplicaron ecuaciones obtenidas de DN reales para estimar dichos efectos en la ciudad de Valencia, Venezuela. Se simuló por computadora el estallido de un dispositivo de fisión de 15Kt, hipocentro (HC) en el punto medio de la principal avenida, y se consideró el censo poblacional 2002. Cuatro escenarios fueron analizados: A) día nublado, viento 0,1km·h^-1, detonación terrestre; B) igual que A pero detonación aérea; C) día soleado, viento 10km·h^-1, detonación terrestre; y D) igual a C pero detonación aérea. Resultaron 10069 personas carbonizadas (>10cal·cm^-2, <660m del HC), 9737 quemados de 3º (5-10cal·cm^-2, 660-930m) y 74855 quemados de 2º (1-5cal·cm^-2, 930-2090m) en A; 23847 personas carbonizadas (<1010m), 22125 quemados de 3º (1010-1420m) y 118841 quemados de 2º (1420-3200m) en B; 32658 personas carbonizadas (<1210m), 32791 quemados de 3º (1210-1720m) y 121226 quemados de 2º (1720-3860m) en C; y carbonización de 76674 personas (<1860m), 56837 quemados de 3º (1860-2630m) y 266100 quemados de 2º (2630-5900m) en D. En los 4 escenarios perecerán aproximadamente 68165 personas a <1740m debido a presiones entre 1,39 y 0,135kg·cm^-2. Un total de 7419 personas recibirán dosis equivalentes >6Sv; 36632 recibirán de 1 a 6Sv. Las DN terrestres (A y C) generaron el mayor "fallout": 0,05Sv a las 14,6h. y 0,1Sv a los 30min, respectivamente. La radiación acumulada luego de 104 días fue 0,351Sv. Los heridos superarán exponencialmente los centros asistenciales.

In view of the current interest in the effects of nuclear detonations (ND) on the population, equations obtained from real ND were applied to estimate those effects in the city of Valencia, Venezuela. The explosion of a fission device of 15Kt was computer-simulated, with hypocenter (HC) in the midpoint of the main avenue, and the 2002 population census considered. Four settings were analyzed: A) cloudy day, wind 0,1km·h^-1, terrestrial detonation; B) similar to A but aerial detonation; C) sunny day, wind 10km·h^-1, terrestrial detonation, and D) similar to C but aerial detonation. Casualties were in 10069 carbonized people (>10cal·cm^-2, <660m from HC), 9737 3rd degree burned people (5-10cal·cm^-2, 660-930m), 74855 2nd deg burned (1-5cal·cm^-2, 930-2090m) in A; 23847 carbonized (<1010m), 22125 3rd deg burned (1010-1420m) and 118841 2nd deg burned (1420-3200m) in B; 32658 carbonized (<1210m), 32791 3rd deg burned (1210-1720m) and 121226 2nd deg burned (1720-3860m) in C; and 76674 carbonized (<1860m), 56837 3rd deg burned (1860-2630m) and 266100 2nd deg burned people (2630-5900m) in D. In the four settings approximately 68165 people will die at <1740m due to pressures 1.39-0.135kg·cm^-2. A total of 7419 people will receive equivalent doses >6Sv; 36632 will receive 1-6Sv. Terrestrial NDs (A and C) produced the greatest fallout, 0.05Sv at 14.6h and 0.1Sv at 30min, respectively. The accumulated radiation after 104 days was 0.351Sv. Wounded people will exponentialy exceed health facilities.

Devido ao interesse atual pelos efeitos de uma detonação nuclear (DN) sobre a população, aplicaram-se equações obtidas de DN reais para estimar ditos efeitos na cidade de Valencia, Venezuela. Simulou-se por computador a explosão de um dispositivo de fissão de 15Kt, hipocentro (HC) no ponto médio da principal avenida, e considerou-se o censo populacional 2002. Quatro cenários foram analisados: A) dia nublado, vento 0,1km·h^-1, detonação terrestre; B) igual que A mas detonação aérea; C) dia ensolarado, vento 10km·h^-1, detonação terrestre; e D) igual a C mas detonação aérea. Resultaram 10069 pessoas carbonizadas (>10cal·cm^-2, <660m do HC), 9737 queimados de 3º (5-10cal·cm^-2, 660-930m) e 74855 queimados de 2º (1-5cal·cm^-2, 930-2090m) em A; 23847 pessoas carbonizadas (<1010m), 22125 queimados de 3º (1010-1420m) e 118841 queimados de 2º (1420-3200m) em B; 32658 pessoas carbonizadas (<1210m), 32791 queimados de 3º (1210-1720m) e 121226 queimados de 2º (1720-3860m) em C; e carbonização de 76674 pessoas (<1860m), 56837 queimados de 3º (1860-2630m) e 266100 queimados de 2º (2630-5900m) em D. Nos 4 cenários morrerão aproximadamente 68165 pessoas a <1740m devido a pressões entre 1,39 e 0,135kg·cm^-2. Um total de 7419 pessoas receberão doses equivalentes >6Sv; 36632 receberão de 1 a 6Sv. As DN terrestres (A e C) geraram o maior "fallout": 0,05Sv às 14,6h e 0,1Sv aos 30min, respectivamente. A radiação acumulada depois de 104 dias foi 0,351Sv. Os feridos superarão exponencialmente os centros assistenciais.

PALABRAS CLAVE / Detonación Nuclear / Efectos Biológicos / Radiaciones Ionizantes / Valencia / Venezuela /

Recibido: 17/10/2003. Modificado: 29/07/2004. Aceptado: 02/08/2004.

Las detonaciones nucleares (DN) abiertas o aéreas liberan gran cantidad de radionucleidos a la atmósfera, causando daños severos al medio ambiente (Beck y Bennett, 2002; Fujikawa et al., 2003) y al hombre que lo habita (AAP/COEH, 2003; Takahashi et al., 2003). Las muertes ocurren tanto al momento de la explosión como a posteriori, a causa no solo de la radiación sino también de las altas temperaturas y la sobrepresión generadas, para luego aparecer en los sobrevivientes alteraciones irreversibles del material genético (Bonte, 1988; Miller, 1995; Upton, 2002).

Ante el advenimiento de continuas confrontaciones bélicas, actos terroristas y la presencia de más de 500 reactores nucleares dispersos en todo el mundo (Gil, 1993), cualquier ciudad pudiera verse afectada de manera eventual por niveles de radiactividad preocupantemente superiores al promedio mundial de la dosis equivalente anual de 3,5 miliSievert/año (mSv/año; Attix, 1986; Masse, 2000).

Los efectos medioambientales, poblacionales e individuales de las DN no solo han sido analizados en situaciones reales, sino también a través de simuladores ejecutados por supercomputadoras como la "ASCI Q" del laboratorio nacional Los Álamos (Disarmament Diplomacy, 2000).

Los efectos de las DN dependen de factores como rendimiento del arma, altura de la detonación, área afectada y factores climatológicos. Entre los efectos inmediatos encontramos flujo térmico, sobrepresión, pulso electromagnético y radiación, a los que se añaden los efectos tardíos como la lluvia radiactiva y los incendios extendidos.

Tanto los efectos inmediatos como los tardíos (a excepción de los incendios extendidos) serán tomados en consideración en el presente estudio, con la finalidad de determinar de manera aproximada el número de personas afectadas a causa de cada uno de ellos.

A pesar que la población general posee la idea de la capacidad de destrucción masiva de una bomba nuclear, ésta es imprecisa en cuanto a la magnitud y extensión de la devastación generada así como de la influencia de factores climáticos o estratégicos como la altura de la detonación misma.

Se utilizaron ecuaciones obtenidas de detonaciones nucleares reales, adaptadas al sistema MKS, las cuales permitieron determinar el diámetro del hongo (DH), la altura del hongo (AH), el diámetro de conflagración (DC) y la radiación residual acumulada (Gy·Km^-2), según Glasstone y Dolan (1977); la radiación acumulada a largo plazo (Sv), la isodosis de radiación residual a los 60min, a favor del viento y transversa al viento (Gy) según Ross et al. (1983); y el flujo térmico (cal·cm^-2), la presión (kg·cm^-2), el pulso electromagnético (PEM; km), la radiación inicial (Sv), la distribución del fallout (Sv) y la distribución del fallout en función del tiempo (Sv·min^-1) según Fanchi (1986).

Las ecuaciones se implementaron en Quick-Basic V. 4.50 (Microsoft^R), nuclear.bas (7Kb) y compilado con el mismo lenguaje a nuclear.exe (49Kb). Este programa puede ser ejecutado en cualquier PC, IBM compatible (X86-Pentium IV). Los resultados numéricos son generados en archivos.txt los cuales pueden ser utilizados por cualquier software de análisis estadístico o de graficación.

El rendimiento o potencia (Y) de la detonación se expresa en kilotones (kt), es decir, el equivalente a 1ton de trinitrotolueno (TNT), utilizándose en este caso Y= 15kt. Al detonar un arma nuclear, el punto que se encuentra justo por debajo de ella sobre la superficie terrestre se conoce como hipocentro (HC) y en este caso corresponde al punto medio de la principal avenida de la ciudad de Valencia, Estado Carabobo, Venezuela, ya que se encuentra situado en un área equidistante de los extremos norte y sur de la ciudad. Por otro lado, dado el valor de Y, los análisis se efectúan hasta una distancia de 5km del HC, lo que correspondería a la ubicación del principal hospital público de la ciudad.

La altura de la detonación ha sido escogida según el valor de la llamada "altura crítica" (AC) que a su vez depende del rendimiento del arma; si la detonación ocurre por encima o por debajo de la AC obtendremos niveles distintos de fallout (Fanchi, 1986). Para corroborar este principio se emplearon alturas 50% por encima o por debajo de la misma, definiéndose así las detonaciones aéreas (>AC) o terrestres (<AC).

Los factores climáticos, entre los que destacan velocidad y dirección del viento, son determinantes en la distribución de la radiación. Por tal motivo se escogió un día propio de la estación lluviosa que correspondió al día 01/07/2002 y otro característico del verano local, el día 03/02/2003. Estas fechas corresponden a días lunes, en los cuales se encuentra en la ciudad toda su población flotante. Los parámetros climatológicos reales son aquellos reportados por la estación meteorológica de la Fuerza Aérea Venezolana del Aeropuerto Internacional Arturo Michelena de Valencia, Venezuela. Para el 01/07/2002 la velocidad media del viento fue de 5,76km·h^-1 con dirección Este-Sureste, 90-110º. Para el 03/02/2003 la velocidad media del viento fue de 10,08km·h^-1, dirección Noreste 0-50º.

En las simulaciones se asumió que para el 01/07/2002 la velocidad del viento sería de 0,1km·h^-1 hacia el principal hospital, ya que el mismo se encuentra ubicado en dirección Suroeste del HC; mientras que para el 03/02/2003, prevalecería el viento en dirección Noreste, generando así un viento a favor de 10,08km·h^-1 hacia dicho hospital. La detonación se realizó a las 0h, consiguiéndose así que el mayor número de habitantes estuviera en sus hogares para ese momento. El censo poblacional de Valencia corresponde al registrado en la Gobernación del Estado Carabobo, para el año 2002. Así, se presentan los cuatro escenarios (A,B,C y D) representados en la Tabla I.

El estimado de la población afectada se determinó relacionando las áreas poblacionales, su densidad según el censo 2002 y las líneas de isodosis obtenidas en la simulación. Para esto se usó el mapa de la ciudad de Valencia facilitado por el Instituto de Urbanismo (INDUVAL). Es de hacer notar que se excluyó de este cálculo la zona adyacente a la Plaza Bolívar (400m hacia cada punto cardinal), por considerarse ocupada en su mayoría por inmuebles de tipo comercial (deshabitados para el momento de la detonación). Así, la población blanco alcanza la cifra de 1021145 de personas.

El software ejecutó los cálculos y permitió la obtención de los datos de cada escenario de forma inmediata. Los valores de DC, DH, AH, PEM, de los escenarios A, B, C y D se muestran en la Tabla II.

La Tabla III resume el número de habitantes que serían afectados por el flujo térmico y la distancia desde el HC en cada uno de los escenarios planteados, mientras que en la Figura 1, se aprecian los valores de flujo térmico en relación a la distancia desde el HC en cada uno de ellos.

Sobrepresión

Un total de 68165 personas ubicadas a una distancia del HC de hasta 1740m estarían sometidas a una sobrepresión superior a 0,135kg·cm^-2. Sería a los 2640m donde ésta se reduzca a 0,067kg·cm^-2, con un número indeterminado de afectados.

Por ser dependiente de la potencia del arma (Y) la radiación inicial tiene el mismo valor en los cuatro escenarios: 7419 habitantes localizados a no más de 560m del HC recibirían en todo el cuerpo de forma inmediata, más de 6Sv; 15037 personas localizadas entre 560 y 980m del HC recibirían entre más de 2 y 6Sv; 21595 habitantes (de los cuales 9180 son niños con edades comprendidas entre 0 y 9 años, de ambos sexos) localizados entre 980 y 1390m del HC recibirían entre más de 1 y 2 Sv. El resto de la población sería irradiada con menos de 1Sv, lo que no genera efectos biológicos clínicamente observables de forma inmediata (Ross et al., 1983).

Radiación residual temprana

Es aquella que se genera a partir del primer minuto después de la detonación hasta las 24h siguientes. La simulación calculó sus valores a 5km del HC (en el principal hospital de la ciudad). En el escenario A, comenzaría a llegar el fallout al cabo de 14,6h aproximadamente, retardo atribuible a la baja velocidad del viento, con 0,05Sv, a lo que se añade la radiación inicial propiamente dicha; ambas representan un acumulado de 0,12Sv. A las 24h 0,01mSv sería la radiación residual temprana que estaría alcanzando esta área. En B, esta radiación comenzaría a llegar al hospital alrededor de las 15h con 0,024Sv. En C, cerca de los 30min después de la detonación se estaría detectando los niveles máximos de radiación (0,1Sv), con un acumulado de 0,32Sv. En D, a los 30min se registrarían 0,044Sv, con un acumulado de 0,13Sv.

Radiación residual temprana a los 60min

En los escenarios A y B las personas localizadas en un área de hasta 40,3m x 2,93m recibirían desde 0,01Gy (Attix, 1986) los más alejados del HC, hasta 30Gy, los más próximos a él. En la Tabla IV se muestra el número de habitantes afectados por distintas isodosis de radiación residual temprana según el área de ubicación en los escenarios C y D. Su proyección sobre la ciudad se ilustra en la Figura 2.

Radiación acumulada a largo plazo

Esta radiación se considera que sería recibida por los sobrevivientes en forma fraccionada a lo largo del período considerado en este estudio de al menos 2500h (3,47 meses), al cabo de las cuales la dosis acumulada será igual a 0,351Sv.

A causa de la explosión, un área de radio 551,6m alrededor del HC fue totalmente devastada. En los escenarios A, B y C, se registraron 68165 muertes inmediatas y 76644 en D. A las horas o días, el número de fallecidos se incrementaría en A hasta 116030 (18,03% de 1021145 personas en un radio de 10km desde el HC), como consecuencia de heridas, traumatismos, quemaduras e irradiación fatalmente graves, sin posibilidad de recibir atención médica, alimentos ni agua, a lo que se le sumaría el caos en una ciudad parcialmente destruida. Igual ocurriría en el resto de los escenarios; 153565 muertes adicionales en B (21,71%); 165075 en C (22,84%) y, 161469 en D (23,31%).

En el presente estudio se evaluaron los resultados de las simulaciones de una DN de un dispositivo fisión de Uranio-235 (²³⁵U) de 15Kt, en cuatro escenarios diferentes, en la ciudad de Valencia, Venezuela. Los resultados indican que a pesar del bajo rendimiento del dispositivo, se generaría gran devastación asociada a una gran mortalidad.

Entre los que logren recibir cuidados médicos, la sobrevida de aquellos con quemaduras de 3er grado dependerá del porcentaje de superficie corporal afectada. Los que presentaron quemaduras de 2º grado, con menos del 25% de superficie corporal afectada, sanarían en 2 a 3 semanas con adecuada atención médica ambulatoria; caso contrario, ameritarían hospitalización. Quemaduras de primer grado se percibirían solo en áreas de la piel expuestas directamente al flujo térmico; el número de afectados por estas quemaduras no se puede predecir; sin embargo, el tratamiento en estos casos es ambulatorio y no se ve comprometida la vida del paciente (Clayton y Solem, 1995). En el escenario D, el flujo térmico que generó quemaduras de 2º grado se extiende a una distancia superior a los 5km, de tal manera que, más allá, aún se presentarían afectados. La Figura 4 resume la extensión del flujo térmico, presión y radiación en el escenario D.

Los efectos de la presión generada por la detonación, se manifestaron de la misma manera en las cuatro detonaciones; aquellas personas ubicadas a una distancia del hipocentro de hasta 1740 metros serían afectadas por vientos de 112 hasta más de 804km·h^-1, con poca o ninguna oportunidad de sobrevida (Ho, 2002). Sería a partir de los 2640m que la presión se reduzca a 0,067kg·cm^-2 generando vientos de 50km·h^-1, lo cual causaría ruptura de vidrios y ventanas de estructuras que hayan quedado en pie, arrastrando y proyectando residuos ya existentes (vidrios, cabillas, trozos de madera, concreto, etc.) que pueden provocar lesiones graves a los sobrevivientes y aún la muerte.

El pulso electromagnético generado por la explosión, se extendió más allá de los 10km en todos los escenarios, siendo devastador para los distintos tipos de sistemas de comunicación (teléfonos, radios, computadoras) y para cualquier circuito que contenga componentes electrónicos. En estas condiciones los organismos de atención (defensa civil, bomberos, policías, grupos de rescate, etc.) no podrían comunicarse; igual sucedería con la mayoría de los equipos médicos electrónicos (electrocardiógrafos, desfibriladores, marcapasos, equipos para imagenología, etc.) que quedarán inhabilitados para su uso.

En una DN se producen diferentes tipos de radiaciones. Las principales, al instante de la detonación, que escapan fuera del material que forma la bomba son los rayos gamma (g) y los neutrones (Ross et al., 1983). Si la irradiación ocurre de manera homogénea al cuerpo entero, entonces la dosis absorbida (Gy) es numéricamente igual a la dosis equivalente (Sv) para las radiaciones X y g (Neal y Moores, 2000). Los neutrones son emitidos durante una detonación nuclear, el daño biológico que causan es 20 veces mayor que el de la radiación g, pero en casos de irradiación rápida y letal, se considera que su eficacia biológica relativa (RBE) no difiere mucho de 1 (Ross et al., 1983) por lo que sus efectos biológicos se pueden equiparar a los de la radiación g. Clínicamente, los efectos a corto plazo se manifiestan a través del síndrome de radiación aguda; así, un 50% de aquellas personas que recibieran más de 3,5Sv en todos los órganos del cuerpo, morirían indefectiblemente, siempre que no reciban ningún tipo de atención médica (Neal y Moores, 2000). En cuanto a los efectos somáticos a largo plazo causados por dosis agudas cabe citar la aparición de cataratas en aquellos que hayan recibido ³5Sv (BEIR III, 1980; Otake y Schull, 1991), infertilidad permanente (Ross et al., 1983) tanto masculina en aquellos irradiados con ³8Sv (1907 hombres 15-59 años) como femenina con ³3Sv (2409 mujeres 40-54 años). Los efectos sobre el embrión son dependientes de la edad gestacional y se presentan en embarazadas que reciban ³0,15Sv (Russell, 1986).

El lapso en horas o minutos que demora en llegar la radiación residual hasta el lugar del principal hospital permitiría tomar medidas de protección contra ella por parte de los sobrevivientes. Dichas medidas deben ser guiadas por los organismos competentes (personal médico, paramédico, grupos de rescate, bomberos, militares, etc.) quienes además deberían ejecutar acciones de monitoreo y evacuación de este gran número de personas. Comparando las detonaciones en las mismas condiciones climatológicas, pero incrementando la altura de detonación, el fallout se reduce notablemente y demora más en llegar a un punto específico, permitiendo lapsos mayores para la toma de medidas previsivas (Bonte, 1988).

En esta etapa, además de los rayos g, cobran importancia las radiaciones b^- asociadas al fallout, la dosis absorbida de las cuales sería de 3 a 4Gy. Se manifiestan a través de eritema temprano, considerando su penetración de unos pocos milímetros a nivel de piel pero, además, la ingesta de alimentos o bebidas contaminadas pone en grave riesgo la vida de estas personas (Ross et al., 1983; Junk et al., 1999).

Al cabo de 104 días luego de la DN los niveles de radiación residual acumulada no serían suficientes como para inducir la aparición de efectos somáticos determinísticos, tales como cataratas o infertilidad, independientemente de la localización del sobreviviente con respecto al HC. En el caso de mujeres embarazadas, la dosis recibida sería menor que la requerida para producir malformaciones o muerte del embrión (Fry, 2001).

En la población general se pueden presentar, a largo plazo, efectos carcinogénicos, como es el caso del riesgo de muerte por cáncer luego de una dosis aguda equivalente de cuerpo entero de 0,1Sv, el cual se estima que es del 0,8% (BEIR V, 1990), lo que sugiere un incremento del número de muertes en los sobrevivientes. Habrá una mayor incidencia de leucemias, especialmente durante la primera década y de tumores sólidos (Russell, 1986).

En cuanto a la inducción de efectos genéticos, estos resultan difíciles de determinar ya que no se manifiestan directamente en las personas expuestas sino, en su descendencia inmediata o remota, bajo la forma de mutaciones debidas fundamentalmente a alteraciones cromosómicas (Neronova et al., 2003). Sin embargo, se esperaría que el número de desórdenes genéticos en los descendientes de los irradiados sea extremadamente bajo (BEIR V, 1990) en el presente caso.

Finalmente, es necesario mencionar los trastornos psiquiátricos desarrollados por los sobrevivientes, los cuales se manifiestan a través de ansiedad severa, alteraciones conductuales, neurosis y enfermedades psicosomáticas, elementos que confirman el llamado síndrome postcatástrofe (Salter, 2001; Yamada e Izumi, 2002; Cohen, 2003).

El programa de simulación, nuclear.exe, se encuentra disponible libre de costo al solicitarlo a los autores.

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